CN1135733C - 无线通信系统 - Google Patents

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Abstract

一种无线通信系统具有用于保证在数据传输之前已建立通信信道的功率控制的装置，这是通过将数据信道的初始传输(在传输开始时或在暂停之后)延迟至控制信道的初始传输之后来实现的。在一个实施例中，数据信道的传输一直延迟到已建立了适当的功率控制。这些技术克服以下问题：如果数据传输的功率电平太低，则在数据信道起动时的数据传输有可能被破坏，或者如果数据传输的功率电平太高，则生成额外干扰。

Description

无线通信系统
技术领域
本发明涉及无线通信系统，并且还涉及这样的系统中使用的主站与辅助站，而且涉及运行这样的系统的方法。虽然本说明书特别参考正在形成的通用移动电信系统(UMTS)来描述系统，但将明白这样的技术同样适于在其他的移动无线系统中使用。
背景技术
在无线通信系统中存在着需要在基站(BS)与移动站(MS)之间进行的两种基本类型的通信。第一种是用户业务，例如语音或分组数据。第二种是为了设置与监控传输信道的各个参数以便使BS与MS能交换要求的用户业务所需要的控制信息。
在许多通信系统中，控制信息的功能之一是使得能够进行功率控制。要求实现对从MS发送给BS的信号的功率控制，以使此BS以近似同一功率电平从不同的MS接收信号，同时能使每个MS所要求的发射功率最小。要求实现对由该BS发送给MS的信号的功率控制，以使此MS以低的差错率从此BS中接收信号，同时使发射功率最小，以便减少对其他网孔和无线电系统的干扰。在双向无线通信系统中，通常以闭环方式进行功率控制，从而此MS可确定所要求的来自此BS的发射功率的改变并将这些改变传送给此BS，而且反之亦然。
采用功率控制的组合时分与频分多址系统的一个示例是全球移动通信系统(GSM)，其中以2dB为步长来控制BS与MS发射机的发射功率。同样地，在US-A-5056109中公开了在采用扩频码分多址(CDMA)技术的系统中功率控制的实现。
这些公知技术所具有的问题是：在传输开始时或在此传输被中断之后，功率控制循环可能要花费一些时间来实现满意的收敛。在实现这样的收敛之前，数据传输在其功率电平太低时会在一个受破坏的状态中进行接收，或者在其功率电平太高时生成额外干扰。
发明内容
本发明的一个目的是解决上面的问题。
根据本发明的第一方面，提供一种无线通信系统，它包括主站与多个辅助站，此系统在此主站与一个辅助站之间具有通信信道，此信道包括用于传输控制信息的上行链路与下行链路控制信道、和用于传输数据的数据信道，其中提供了闭环功率控制装置以用于调整所述的控制与数据信道的功率，并提供了用于将数据信道的初始传输延迟至控制信道的初始传输之后的装置，在此延迟期间，闭环功率控制装置用于调节控制信道功率。
根据本发明的第二方面，提供一种用于无线通信系统中的主站，此系统在此主站与一个辅助站之间具有通信信道，此信道包括用于传输控制信息的上行链路与下行链路控制信道和用于传输数据的数据信道，其中提供了闭环功率控制装置以用于调整所述控制与数据信道的功率，并提供了用于将数据信道的初始传输延迟至控制信道的初始传输之后的装置，在此延迟期间，闭环功率控制装置用于调节控制信道功率。
根据本发明的第三方面，提供一种用于无线通信系统中的辅助站，此系统在此辅助站与主站之间具有通信信道，此信道包括用于传输控制信息的上行链路与下行链路控制信道、和用于传输数据的数据信道，其中提供了闭环功率控制装置以用于调整所述控制与数据信道的功率，并提供了用于将数据信道的初始传输延迟至控制信道的初始传输之后的装置，在此延迟期间，闭环功率控制装置用于调节控制信道功率。
根据本发明的第四方面，提供一种用于运行包括主站与多个辅助站的无线通信系统的方法，此系统在此主站与一个辅助站之间具有通信信道，此信道包括用于传输控制信息的上行链路与下行链路控制信道、和用于传输数据的数据信道，并且此主站与辅助站之中的至少一个站具有用于调整所述控制与数据信道的功率的闭环功率控制装置，此方法包括将数据信道的初始传输延迟至控制信道的初始传输之后，在此延迟期间，闭环功率控制装置用于调节控制信道功率。
此数据信道可以是上行链路或下行链路数据信道(或者，在双向数据传输的情况中则是这二者)。此数据信道的传输延迟可以进行预定或动态地进行选择，以使此数据信道的传输延迟足以使此功率控制装置能基本上校正控制信道中初始与目标功率电平之间的差值。
例如从JP-A-10224294中已知使用多于一个的功率控制步长。然而，它在此引用文献中的使用限于其中已建立功率控制但传播条件快速波动的情况。此引用文献没有解决在传输开始时或在传输中断之后获得功率控制的快速收敛的问题。
附图说明
现在将参考附图利用示例来描述本发明的实施例，其中：
图1是无线通信系统的方框示意图；
图2表示用于建立通信链路的传统方案；
图3表示用于建立一个能使数据传输延迟起动的通信链路的方案；
图4是表示用于执行具有可变步长的功率控制操作的方法的流程图；
图5是对于不同的功率控制算法以dB为单位的接收信号功率(P)相对以ms为单位的时间(T)的图表，实线表示没有功率控制的结果，链状虚线表示具有单个步长的功率控制的结果，而虚线表示具有两个步长的功率控制的结果；和
图6是对于不同的功率控制算法以dB为单位的接收信号功率(P)相对以ms为单位的时间(T)的图表，实线表示没有功率控制的结果，链状虚线表示具有单个步长的功率控制的结果，而虚线表示具有三个步长的功率控制的结果。
在附图中，相同的标号用于表示相应的特征。
具体实施方式
参见图1，一种能以频分双工模式运行的无线通信系统包括主站(BS)100和多个辅助站(MS)110。BS 100包括微控制器(μC)102、连到天线装置106的收发信机装置(Tx/Rx)104、用于改变发射功率电平的功率控制装置(PC)107和用于与PSTN或其他合适网络相连接的连接装置108。每个MS 110包括微控制器(μC)112、连接到天线装置116的收发信机装置(Tx/Rx)114和用于改变发射功率电平的功率控制装置(PC)118。在下行链路频率信道122上进行从BS 100至MS 110的通信，而在上行链路频率信道124上进行从MS 110至BS 100的通信。
无线通信系统的一个实施例将图2中以简化形式表示的方案用于在MS 110与BS 100之间建立通信链路。通过MS 110在上行链路信道124上发送资源请求202(REQ)来启动此链路。如果BS 100接收到此请求并具有可利用的资源，则BS 100在下行链路信道122上发送确认204(ACK)，向将要建立的通信提供所必需的信息。在发送确认204之后，建立两个控制信道(CON)，即，上行链路控制信道206与下行链路控制信道208，并建立上行链路数据信道210以用于从MS 110至BS 100的数据传输。在一些UMTS实施例中，在确认204和控制与数据信道的建立之间可能具有另外的信令。
在此方案中，单独的功率控制循环在上行链路124与下行链路122信道中操作，每一个循环包括内与外循环。内循环调整接收的功率以匹配目标功率，而外循环将目标功率调整为能保持所要求的服务质量(即，误码率)的最小电平。然而，此方案具有以下问题：当传输在控制信道206、208与数据信道210上开始时，从可能不够准确的开环测量中导出初始功率电平与质量目标，这是因为进行测量的这些信道有可能具有与新近启动的信道不同的特性。此结果是：在此数据信道210启动时如果数据传输以太低的功率电平进行发送，则有可能在受破坏的状态中被接收，或在以太高的功率电平进行发送时生成额外的干扰。
此问题的一个公知的部分解决方案是：由BS 100去测量接收的请求202的功率电平，并在确认204之中将用于上行链路数据传输210的合适的功率电平指示给MS 110。这将能有所改善，但可能仍存在着由于在请求202与启动上行链路数据传输210之间的临时的分离而引入的差错。
图3表示此问题的一种解决方法，其中将上行链路数据传输210的开始延迟一个时间302，此时间足以充分收敛功率控制，以使BS 100能令人满意地接收数据传输。虽然在需要时可以允许更长的时间延迟302，但一个或两个帧(10或20毫秒)的延迟有可能将是足够的。控制信道206、208上额外控制信息传输中的附加开销可被数据信道210上BS 100接收的用户数据的减小的Eb/No(每比特能量/噪声密度)所平衡。延迟302能由MS 110(该MS能通过监控下行链路功率控制信息来检测收敛)或由BS 100来预先确定或动态地进行确定。
图4是表示此问题的另一解决方案的流程图，其中功率控制步长是可变的。由于在传输开始时或在空闲周期之后功率控制差错有可能是最大的，所以最佳的功率控制步长将大于正常操作所使用的步长。
此方法从控制信道206、208与数据信道210的传输开始(或其中断之后的重新传输开始)启动402。随后在404确定接收的功率与目标功率之间的差值。接下来，在406测试功率控制步长，以确定它是否大于最小值。如果大于最小值，则在410进行功率调整之前在408调整此功率控制步长。能根据以前的功率控制调整或某一质量测量来确定步长的变化。此功率控制循环然后从404开始而进行重复。
在一个实施例中，最好将功率控制步长初始设置为一个大值，随后逐步减小此值，直至其达到正常操作时所设置的(这可以是网孔或应用特定的)值。相继的步长之间的比率最好不大于2，以便允许校正传输中或由于其他因素而引起的差错的可能性。能在上行链路124与下行链路122信道中改变此功率控制步长。
例如，考虑一个功率控制步长(以dB为单位)的初始序列为：3.0、2.0、1.5、1.0、0.75、0.75、0.5、0.5、0.25，其中0.25dB是最小的步长。通过对于每1ms的功率控制信号使用此序列，与使用通常所用的0.25dB的最小功率控制步长的2.5帧相比，能校正半帧(5ms)内多达10dB的初始差错。虽然此处所述步长是对称的(即，相同的步长可应用于功率增加或降低)，但(例如，从US-A-5026109中)知道这不总是适宜的。在实施将会较简便的一个类似示例中，将初始步长(例如，2dB)用于预定数量的功率控制指令，此后减小此步长(例如，减至1dB)。
可以预先确定或动态确定初始步长的选择与变化率。例如，如果确认204中所传送的功率电平调整很大，则可以增加此初始步长。作为另一示例，如果MS 110能利用其他装置确定它具有相对BS 100的适度高的速度，则较大的步长可能是合适的。
在传输开始时能应用固定的功率控制调整。这甚至能在接收到任何有效的功率控制指令之前完成，但通过例如使用诸如从接收机测量中导出的信道衰减的变化率的信息，就可以预先确定或动态确定此大小与方向。在一些信道条件下，这能够得到性能的改善。以这种方式增加功率特别适于中断之后重新开始传输的情况，在此场合可以从中断之前保持功率控制循环的状态(例如，当前功率电平)。中断是传输中的暂停或间隙，在此期间一个或多个控制与数据信道不发送或不接收(或者都不进行)，但保持BS 100与MS 110之间的逻辑连接。这能是非故意的(由于信号的临时丢失而引起的)，或故意的，一般这是因为MS 110或BS 100没有数据要发送或希望执行诸如扫描可选信道的某种其他功能。
在快速变化衰落的信道中，跟随在传输暂停之后的信道衰减有可能与正好在此暂停之前的衰减无关。在这样的情况中，可以证明此间隙之后的初始发送功率的最佳值将等于其平均值(忽略类似屏蔽的其他慢衰落影响)。这则将使初始值与由于信道波动而引起的最佳瞬时值之间的差值最小。实际上，在一种安排中，是从此间隙之前的某一扩展周期中的功率的加权平均值中确定此间隙之后的发送功率。合适的平均周期将取决于特定条件，但能具有20时隙(即，20个功率控制循环)的数量级。可任选地对此初始功率电平实施附加的偏移或固定的功率调整。能根据经验确定对于特定情况的这样的偏移的最佳值。
在一种可选择的安排中，可以从功率控制指令的加权和中而不是从发送功率的测量中确定此初始功率。在此安排中，例如能以下面的方式递归计算传输间隙之后需要采用的功率变化(以dB为单位)：
ΔP(t)＝Poff+K1×(ΔP(t-1)-Poff)-K2×PC(t)×PS(t)
其中：
ΔP(t)是在有效传输期间在时间t递归计算的将在间隙之后采用的功率变化；
ΔP(0)可以被初始化为零；
Poff是附加的功率偏移值(这可以为0)；
K1与K2是根据经验确定的常数，这二者能是相等的，但最好为0≤K≤1。能选择这些常数的值来反映计算此功率变化中使用的有效平均周期；
PC(t)是在时间t采用的功率控制指令；和
PS(t)是在时间t使用的功率控制步长；
ΔP(t)实际上是当前功率与加权平均功率之间的差值，并且在使用之前应量化为可利用的功率控制步长。
在动态地确定步长选择的实施例的一个示例中，使用接收的功率控制比特的符号来确定步长。当MS 110开始接收功率控制指令时，它使用最大的可利用步长，并继续使用此步长，直至接收到相反符号的功率控制指令时为止，这时就减小此步长。在再次减小此步长时，使用这下一个步长，直至功率控制指令的符号反向。此过程继续，直至达到最小的步长。
图5是表示此方法在具有两个可利用步长的系统中的效果的图表。此图表表示以dB为单位的接收信号功率(P)相对0dB的目标功率如何随时间(T)而变化。实线表示未使用功率控制的接收信号功率。例如，可以是由于MS 110的运动而引起了接收功率的变化。链状虚线表示使用具有1dB的单个步长的功率控制的接收功率。虚线表示根据上述方法使用功率控制的接收功率。
在此方法中，当开始使用功率控制时，在约4ms时，使用2dB的较大步长。初始地，接收功率小于目标功率，于是所有的功率控制指令要求功率增加并继续使用2dB步长。最后，在约6ms时，接收功率超过目标功率。一旦出现这种情况，功率控制指令的符号反向，从而请求功率降低，这也具有将步长减小到1dB的标准步长的效果。随后，继续使用此步长，以响应后续的功率控制指令。
从图5中明白：所述方法的使用使接收功率能比利用单个步长所可能的更快速地达到其目标值。一旦达到此目标值，将步长减小为标准步长能保持准确的功率控制。这样的方法使得能够有效地处理初始差错大或信道快速变化的情况以及迅速实现收敛的情况。
此方法也能与更大数量的可利用步长一起使用。图6除了用虚线表示使用具有可利用的4dB、2dB与1dB的三个步长的功率控制的接收功率之外，表示了与图5相同的示例。最初使用4dB的步长，结果是此功率比前一示例更快速地达到目标值。在此功率控制指令的符号反向时，为了请求功率减小而将步长减为2dB。在再次反向此功率控制指令时，为了请求功率增加于是便将步长减为1dB的标准步长并且保持下去。
上述方法的一个变化是在此功率控制指令的符号改变之后的一个间隙内继续使用较大的步长，这可能有助于校正任何过冲。然而，这不可能对此方法的平均性能具有较大的影响。
上述技术的组合能容易地用于提供改善的结果。
虽然上面的描述探讨了上行链路信道124上的数据传输，但这些技术同样可应用于下行链路信道122上的数据传输或双向传输。
已使用例如UMTS实施例中使用的扩频码分多址(CDMA)技术来描述本发明的实施例。然而，应明白本发明不限于在CDMA系统中使用。同样地，虽然假定了频分双工来描述本发明的实施例，但本发明不限于在这样的系统中使用，本发明也可以应用于其他的双工方法，例如时分双工(尽管这样的系统中的功率控制速率通常限于每个传输脉冲串一次)。
通过阅读本公开内容，其他的修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。这些修改可以包括无线通信系统及其组成部分中已经公知的、并且可以用于替代本文中已经描述的特性或除本文已经描述的特性之外的其他特征。
在本说明书与权利要求书中，某个部件前面的“一”字并不排除多个这样的部件的存在。还有，“包括”一词不排除所列出之外的其他部件或步骤的存在。
本发明可应用于无线通信系统的范围，例如UMTS。

Claims (13)

1.一种无线通信系统，包括主站与多个辅助站，此系统在此主站与一个辅助站之间具有通信信道，此信道包括用于传输控制信息的上行链路与下行链路控制信道和用于传输数据的数据信道，其中提供了闭环功率控制装置以用于调整所述控制与数据信道的功率，并提供了用于将数据信道的初始传输延迟至控制信道的初始传输之后的装置，在此延迟期间，闭环功率控制装置用于调节控制信道功率。
2.根据权利要求1的系统，其特征在于，此数据信道是上行链路数据信道。
3.根据权利要求1或2的系统，其特征在于，预先确定此数据信道传输的延迟。
4.根据权利要求1或2的系统，其特征在于，动态确定此数据信道传输中的延迟。
5.用于无线通信系统中的一种主站，此系统在此主站与一个辅助站之间具有通信信道，此信道包括用于传输控制信息的上行链路与下行链路控制信道、和用于传输数据的数据信道，其中提供闭环功率控制装置以用于调整控制与数据信道的功率、并提供用于将数据信道的初始传输延迟至控制信道的初始传输之后的装置，在此延迟期间，闭环功率控制装置用于调节控制信道功率。
6.根据权利要求5的主站，其特征在于，预先确定此数据信道传输的延迟。
7.根据权利要求5的主站，其特征在于，动态确定此数据信道传输的延迟。
8.用于无线通信系统中的一种辅助站，此系统在此辅助站与主站之间具有通信信道，此信道包括用于传输控制信息的上行链路与下行链路控制信道、和用于传输数据的数据信道，其中提供了闭环功率控制装置以用于调整控制与数据信道的功率、并提供用于将数据信道的初始传输延迟至控制信道的初始传输之后的装置，在此延迟期间，闭环功率控制装置用于调节控制信道功率。
9.根据权利要求8的辅助站，其特征在于，预先确定此数据信道传输的延迟。
10.根据权利要求8的辅助站，其特征在于，动态确定此数据信道传输中的延迟。
11.用于操作包括主站与多个辅助站的无线通信系统的一种方法，此系统在此主站与一个辅助站之间具有通信信道，此信道包括用于传输控制信息的上行链路与下行链路控制信道、和用于传输数据的数据信道，其中此主站与辅助站之中至少一个站具有用于调整所述控制与数据信道的功率的闭环功率控制装置，此方法包括将数据信道的初始传输延迟至控制信道的初始传输之后，在此延迟期间，闭环功率控制装置用于调节控制信道功率。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于，预先确定此数据信道传输中的延迟。
13.根据权利要求11的方法，其特征在于，动态确定此数据信道传输中的延迟。
CNB998062545A 1999-01-16 1999-12-24 无线通信系统 Expired - Lifetime CN1135733C (zh)

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